[스마트팜] 컬러 기반 간이 pH 측정기 아이디어 (pH 미터는 비싸고 번거로워!)

 

💧컬러 기반 간이 pH 측정기 만들기: 초저가 DIY 센서 프로젝트

“pH 센서를 꼭 비싸게 사야 할까요?
직접 만들 수 있습니다. 색 변화만 잘 읽어주면 되니까요!”

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🔍 왜 컬러 기반인가요?

기존의 pH 측정기는 대부분 유리 전극이나 ISFET 방식으로 구성되어 있어 정밀하지만 가격이 비쌉니다.
또한 유리 전극은 파손 위험도 있고, 보관 용액도 필요하죠.

반면, 컬러 기반 측정기는 pH 지시약의 색 변화를 감지하는 방식이라:

• ✅ 저렴하고

• ✅ 제작이 간단하며

• ✅ 유지보수가 쉬워서

교육용, 가정용, 스마트팜용 간이 측정에 안성맞춤입니다.

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🧪 어떤 원리로 작동하나요?

1. 지시약(브로모티몰 블루 등)을 용액에 떨어뜨리면 pH에 따라 색이 바뀝니다.

2. 컬러 센서 또는 **카메라(머신비전)**로 색상을 인식합니다.

3. 사전 보정된 데이터와 비교하여 대략적인 pH 값을 추정합니다.

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🛠️ 준비물

항목	설명	가격 (대략)
컬러 센서	TCS34725 (I2C)	₩3,000 ~ ₩7,000
마이컴 보드	Arduino Uno, Nano, ESP32 등	₩4,000 ~ ₩10,000
지시약	브로모티몰 블루, 페놀프탈레인 등	₩2,000 ~ ₩5,000
조명	백색 LED (광원 일관성 중요)	₩500
기타	투명 용기, 점퍼선, 브레드보드 등	소량

총비용: 약 1만 원 선

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💡 지시약 추천

이름	작용 pH 범위	색 변화
브로모티몰 블루	6.0 ~ 7.6	노랑 → 초록 → 파랑
페놀프탈레인	8.2 ~ 10.0	무색 → 분홍
메틸오렌지	3.1 ~ 4.4	붉은색 → 주황

Tip: 중성 근처를 측정하려면 브로모티몰 블루가 가장 적합합니다.

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🔧 제작 과정

1. 회로 연결 (TCS34725 기준)

TCS34725 → Arduino
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VCC        → 3.3V (또는 5V)
GND        → GND
SDA        → A4
SCL        → A5

2. 광원 설치

• 백색 LED를 사용하여 조명을 일정하게 유지

• 외부광 차단을 위해 작은 박스 안에서 측정 추천

3. Arduino 예제 코드

#include <Wire.h>
#include "Adafruit_TCS34725.h"

Adafruit_TCS34725 tcs = Adafruit_TCS34725();

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  tcs.begin();
}

void loop() {
  uint16_t r, g, b, c;
  tcs.getRawData(&r, &g, &b, &c);

  if (b > g && b > r) {
    Serial.println("pH > 7.5 (파란색)");
  } else if (g > r && g > b) {
    Serial.println("pH ~ 7.0 (초록색)");
  } else if (r > g && r > b) {
    Serial.println("pH < 6.0 (노란색)");
  } else {
    Serial.println("색상 모호");
  }

  delay(1000);
}

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🧠 확장: 머신비전 기반 측정기로 고도화하기

컬러 센서 대신 웹캠, 스마트폰 카메라, 라즈베리파이 카메라를 사용하면:

• 이미지에서 색상 평균 또는 HSV 분석으로 더 정밀한 결과 가능

• 다중 시료 분석 및 자동 기록도 가능

• Python + OpenCV로 간단 구현 가능

import cv2
import numpy as np

def classify_color(hsv):
    h, s, v = hsv
    if h < 30: return 'yellow'
    elif 30 <= h < 90: return 'green'
    elif h > 100: return 'blue'
    return 'unknown'

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🧪 정확도는 어느 정도?

• ±0.5 ~ 1.0 pH 단위로 구분 가능

• 추세 파악, 간이 측정, 농업/수경 재배에서 충분히 유용

• 단, 정밀 분석용에는 전극식 센서를 사용하는 것이 더 적합

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✅ 마무리

컬러 기반 pH 측정기는:

• ✅ 초저가로 만들 수 있고

• ✅ 유지보수도 쉬우며

• ✅ 머신비전으로 확장성도 높습니다.

스마트팜, 수경재배, 학생 실험, 환경 모니터링까지 다양하게 응용해보세요!